昆工工程测试技术简答

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1、1根据滤波器的选频作用，一般将滤波器分为低通、高通、带通和带阻滤波器。下图为这些滤波器的幅频特性，请分别标注出来。并列出4个实际滤波器的主要特征参数。（6分） (a) 带通 (b) 高通 (c) 带阻 (d) 低通 主要特征参数（任选4个）：(1) 截止频率(2) 带宽(3) 纹波幅度4) 品质因子5) 倍频程选择性6) 滤波器因数2下图为同一正弦信号分别用相同时宽的矩形窗和汉宁窗截断后得到的频谱图。请指出下面二个频谱图分别采用以上哪个窗函数得到的，并说出这两种窗函数的主要特点。（6分）0Fs/2频率幅度0Fs/2幅度频率 (a) 汉宁窗 (b) 矩形窗 答：矩形窗的特点：主瓣比较集中。但旁瓣

2、较高，并有负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负谱现象。汉宁窗的特点：主瓣较宽，旁瓣较低，衰减速度也较快。但带宽加宽，使得频率分辨力下降。3. 一阶系统受到一个阶跃输入的作用，在2秒时达到输入最大值的20%，试求：测试系统的时间常数和当输出达到最大值的95%时，需多长时间？（6分）解： 当输出达到最大值的95%时，4下图为动态应变仪工作框图，请指出图中A、B和C分别代表什么？并说明B和C在系统中的作用是什么？（6分）答：A 电桥 将电阻、电容、电感等参数变化转换为电压或电流输出B相敏检波 解调C 低通滤波器 选取低频信号，抑制或衰减掉其他不需要的成分1.信号分析和处理必需遵循的原则

3、有哪几点？（4分）答： 各环节的输入量与输出量之间应保持一一对应的关系，并尽量不失真；（2） 尽可能减小或消除各种干扰。（2）2.周期信号的频谱具有哪几个特点？（6分）答： 周期信号的频谱是离散的。（2） 每条谱线只出现在基波频率的整倍数上，基波频率是各分量频率的公约数。（2） 各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。工程中常见的周期信号，其谐波幅值总的趋势是随谐波次数的增高而减小的。因此，在频谱分析中没必要取那些次数过高的谐波分量。（2）3.现有电阻和，电感L和电容C，连结成四臂交流电桥，试画出能满足电桥平衡的正确接桥方法，并写出该电桥的平衡条件。（设激励为，输出为）。（5分）答：正确

4、的接桥方法如图所示：（3）电桥的平衡条件是：（2）4.有人在使用电阻应变片时，发现灵敏度不够，于是试图在工作电桥上增加电阻应变片数以提高灵敏度。试问，在半桥上各串联一片的情况下，是否可以提高灵敏度？为什么？（5分）答：不能提高灵敏度。因为半桥双臂时，其输出电压为：（2）当量桥臂各串联电阻应变片时，其电阻的相对变化量为（2）即仍然没有发生变化，故灵敏度不变。要提高灵敏度只能将双臂电桥改为全桥连接。这时。（1）5.什么是调制和解调？为什么要调制？（5分）答：所谓调制，就是在调制信号（测试信号）的控制下，使载波信号（工作信号）的某些参数（如幅值、频率、相位）发生变化的过程。（2）解调，就是从已调制波

5、中恢复出调制信号的过程一般的被测量，如力、位移、应变等，经传感器检测变换后，常常是一些缓变的电信号。（1）经过调制后，采用交流放大，比直接用直流放大，效果好；另外，调制波抗干扰能力强，也便于传输。（2）6.在机械工程中常见的有哪些参数的测量？（5分）答：在机械工程的测试过程中，常见的参数测量有：应力的测量；应变的测量；扭矩的测量、振动信号的测量；声强测量；声发射测量；位移的测量；流量的测量；压力的测量等。（每一种0.5分）1、已知周期方波的傅立叶级数展开式为 试绘出该周期方波的单边幅值谱，并说明其频谱特点。答： 2分频谱特点：离散性、谐波性、递减性 3分(每答对一个得1分)2、二阶测试装置的两

6、个动态特性参数是什么？为了实现不失真测试，如何确定其取值范围？固有频率()和阻尼比() 为了实现不失真,阻尼比()取值0.6 0.8; 工作频率取值小于等于0.58 2分(每答对一个得1分) 3分(每答对一个得1.5分)3、何谓不失真测试？实现测试不失真的测试装置的幅频和相频特性应如何？答：:输出y(t)与输入x(t)满足关系y(t)=A0x(t-t0), 其中A0和t0为常数,则为不失真测试。 2分或者用文字描述上述关系，描述正确2分，不完整1分，错误不得分。实现不失真测试的测试装置的有：幅频特性为 A()= A0 = 常数 1.5分 相频特性为 ()= 1.5分 4、 信号的预处理包括那些

7、环节？ 答：（1）电压幅值调理（或者放大）（2）滤波（或者滤去高频） （3）隔离直流分量（或者隔直） （4）如原信号进行调制，则应先进行解调（或者解调） 4、 为什么在动态电阻应变仪上除了设有电阻平衡旋钮外，还设有电容平衡旋钮？答：动态电阻应变仪采用的是纯电阻交流电桥（1分），即使各桥臂均为电阻，由于导线间存在分布电容（1分），相当于在各桥臂上并联了一个电容，因此，除了电阻平衡外，还须有电容平衡（3分）。 5分5、测得两个同频正弦信号的相关函数波形如图1，问：图1（1）这一波形是自相关函数还是互相关函数？为什么？（2)从波形中可以获得信号的哪些信息？答：1）互相关函数，因为是非奇非偶函数。（2

8、）频率信息：正弦波形的频率与此波形频率相同 相位信息：两正弦波形之间的相位差就是此波形中的初相位 1分 幅值信息：此波形的振幅是两个正弦波振幅乘积的一半 1分 1简述信号的时域描述和频域描述？ 答：直接测量或记录到的信号，一般是以时间为独立变量的，称其为信号的时域描述。信号时域描述能反映信号幅值随时间变化的关系，而不能明显揭示信号的频率组成关系。为了研究信号的频率结构和各频率成分的幅值，相位关系，应对信号进行频谱分析，把信号的时域描述通过适当方法变成信号的频域描述，即以频率为独立变量来表示信号。2简述周期信号的频谱具有的特点？ 答：（1）周期信号的频谱是离散的； （2）每条谱线只出现在基波频率

9、的整数倍上，基波频率是诸分量频率的公约数； （3）各频率分量的谱线高度表示该谐波的幅值或相位角。3简述傅里叶变换的主要性质？ 答：（1）奇偶虚实性 （2）对称性 （3）时间尺度改变特性 （4）时移和频移特性 （5）卷积特性 （6）微分和积分特性 。4减轻负载效应的办法？ 答：（1）提高后续环节的输入阻抗 （2）在原来两个相联接的环节之中，插入高输入阻抗，低输出阻抗的放大器 （3）使用反馈或零点测量原理。5金属丝电阻应变片与半导体应变片的主要区别？ 答：金属丝电阻应变片利用导体形变引起电阻的变化，半导体应变片利用半导体电阻率变化引起电阻变化。6为什么要采取相应的温度补偿措施？ 答：温度的变化会引

10、起电阻值的变化，从而造成应变测量结果的误差。由温度变化所引起的电阻变化与由应变引起的电阻变化往往具有同等数量级，绝对不能掉以轻心，因此，通常要采取相应的温度补偿措施，以消除温度变化所造成的误差。7压电式传感器的工作原理？ 答：压电式传感器的工作原理是利用某些物质的压电效应。 8前置放大器电路的主要用途？ 答：（1）将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；（2）放大传感器输出的微弱电信号。 9压电式传感器的应用？ 答：常用来测量应力，压力，振动的加速度，也用于声，超声和声发射等测量。10恒带宽比滤波器与恒带宽滤波器的区别？答：恒带宽比滤波器是指滤波器的相对带宽是常数。 恒带宽滤波器是指滤波器的绝对

11、带宽为常数。11信号显示与记录的目的？答：（1）测试人员通过显示仪器观察各路信号的大小或实时波形 （2）及时掌握测试系统的动态信息，必要时对测试系统的参数做相应调整 （3）记录信号的重现 （4）对信号进行后续的分析和处理。12.为使各带通滤波器的带宽覆盖整个分析的频带,它们的中心频率能使相应的带宽恰好相互衔接，采取的措施？答：使前一个滤波器的3dB上截止频率高端等于后一个滤波器的3dB下截止频率低端。 滤波器组须具有相同的放大倍数。二、问答题（共30分）、 什么是测试？说明测试系统的构成及各组成部分的作用。（10分）1、 答：测试是测量和试验的综合，是一种研究型的探索型的、论证型的测量过程，也

12、是获取信息的过程。（1） 测量对象（2） 传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并将其转换成电信号。是测试系统中的关键部件。（3） 中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。（4） 信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等）（5） 显示、记录部分：作用是输出测试结果。、 说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分）答：相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且dR/R=(1+2H)+E,其中H为材料的泊桑比

13、，E为材料的弹性模量，(1+2H)是由几何尺寸变化引起的阻值变化，E是由电阻率的变化引起的阻值变化。不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以dR/R(1+2H)，S1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使电阻率发生变化引起电阻变化。所以dR/R=E，SE。各自的优点分别为：电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的灵敏度高，一般为电阻丝应变片的50-70倍。、 选用传感器的原则是什么？（10分）答：基本原则是：选用的传感器其性能应当与被测信号的性质相匹配。（1）静态特性方面：a、应使被测量的变化范围在传感器的线性范围以内，并保证线性误差在允许范围内；b、传感器的分

14、辨率（力）从数据上应小于测量要求的分辨率（力）c、满足实际要求的条件下，精度不宜过高。、 说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？（10分）答：相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且dR/R=(1+2H)+E,其中H为材料的泊桑比，E为材料的弹性模量，(1+2H)是由几何尺寸变化引起的阻值变化，E是由电阻率的变化引起的阻值变化。不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以dR/R(1+2H)，S1+2H；而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使电阻率发生变化引起电阻变化。所以dR/R=E，SE。各自的优点分别为：电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片

15、的灵敏度高，一般为电阻丝应变片的50-70倍。3、 简述调幅波的特点。（10分）（1） 当调制信号x(t)0时，调幅波xm (t)与载波y(t)同频同相， 其幅值的大小与x(t)的大小有关；x(t) y(t)（2） 当x(t)0时，xm (t)与载波y(t) 同频反相，其幅值大小仍 与x(t)的大小有关；（3） 调幅波是一高频，但其包洛线和调制信号x(t)相似，其副 值受x(t)变化的影响，y(t)的频率越高，即波形越宽，相似程度越好。、 说明测试系统的构成及各组成部分的作用。答:传感器：在测试系统和被测试对象之间建立了一定的连接关系，它直接感受被测量并将其转换成电信号。是测试系统中的关键部件

16、。中间转换电路（信号调理电路）：作用是将传感器的输出信号 进行传输、放大和转换，使其适合显示、纪录、数据处理。信号处理单衣：它是以计算机为核心对中间转换电路的输出信号作进一步地处理（如：计算、频谱分析、数据储存等）显示、记录部分：作用是输出测试结果。2、 说明电阻丝应变片和半导体应变片的异同点，各有何优点？答：相同之处在于：都是将被测量的变化转换为电阻的变化，且dR/R=(1+2H)+E,其中H为材料的泊桑比，E为材料的弹性模量，(1+2H)是由几何尺寸变化引起的阻值变化，E是由电阻率的变化引起的阻值变化。不同的是，电阻应变片是利用导体形变引起的阻值变化，所以dR/R(1+2H)，S1+2H；

17、而半导体应变片是利用半导体材料的压阻效应使电阻率发生变化引起电阻变化。所以dR/R=E，SE。各自的优点分别为：电阻丝应变片具有相当高的适应性；半导体应变片的灵敏度高，一般为电阻丝应变片的50-70倍。3、 交流电桥达到平衡时必须满足的条件是什么？如何来实现交 流电桥的平衡？答：两个条件：相对两臂阻抗之模的乘机应相等，并且它们的阻抗角之和也必须相等。实现：电阻平衡，电容平衡。4、 简要说明如何求解测试装置动态特性的数学描述的3个函数 ，它们之间有何内在关系？答：对系统的微分方程做拉氏变换，传递函数为输出和输入的拉氏变换之商，另拉氏变换中的a=0即可求得频率响应函数，对传递函数进行拉氏反变换就可

18、求得脉冲响应函数。它们之间的关系分别是拉氏变换对和傅立叶变换对关系。5、 以二阶系统为例，简述求解具体系统频谱特性的一般步骤，并简要说出二阶系统的特性。答：一般步骤：1）对系统建模，2）求拉氏变换3）求传递函数 4）求频率响应函数、幅频特性和相频特性；6）画相应的图形并分析改进之。二阶系统图形有几个关键点，对它进行讨论，并考虑最左最右的趋势。1、 选用传感器的基本原则是什么？(1) 灵敏度(2) 响应特性 (3) 线性范围 (4) 稳定性 (5) 精确度 (6) 测量方式等2、 什么是调制和解调？其作用是什么？调制：就是使一个信号的某些参数在另一个信号的控制下而发生变化的过程。解调：从已调制波

19、中恢复出调制信号的过程。作用：调制的目的：使缓变信号便于放大和输出。解调的目的：恢复原信号。3、 简述信号不失真条件?答：对一个测试装置，其输出y(t)和输入x(t)满足 y(t)=A0x(t-0)。式中A0、0 均为常量。则，即实现不失真测量的基本条件为A()= A0 =常数，()=-04、 测试装置2个环节的串联后的频率响应函数与它的2个组成之间的关系是什么？为什么所有的系统都可以由一阶和二阶系统来组成？答：测试装置2个环节的串联后的频率响应函数是它的2个组成频率响应函数之积。根据数学知识可知，任何多项式相除都可以化简为一次式和二次式组合而组成。故所有的系统都可以由一阶和二阶系统来组成。5

20、、 按一阶系统为例，简述求解具体系统频谱特性的一般步骤，并简要说出一阶系统的特性。答：一般步骤：1）对系统建模，2）求拉氏变换3）求传递函数4）求频率响应函数、幅频特性和相频特性；6）画相应的图形并分析改进之。一阶系统图形有几个关键点，对它进行讨论，并分析最左最右的趋势。二名词解释 1直接测量指无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测值的测量。 2间接测量指在直接测量值的基础上，根据已知函数关系，计算出被测量的量值的测量。3组合测量指将直接测量值或间接测量值之间按已知关系组合成一组方程，通过解方程组得到被测量的方法。4确定性信号若信号可表示为一个确定的时间函数，因而可确定其任何时刻的量

21、值，这种信号称为确定性信号。5周期信号按一定时间间隔周而复始重复出现，无始无终的信号。6幅频谱以频率为横坐标，以幅值为纵坐标画出的图形。7相频谱以频率为横坐标，以相位为纵坐标画出的图形。8函数在时间内激发一个矩形脉冲S（t），其面积为1，当0时，S（t）的极限就称为函数。9样本函数对随机信号按时间历程所作的各次长时间观测记录。10样本记录样本函数在有限时间区间上的部分。11概率密度函数表示信号幅值落在指定区间内的概率。12线性度指测量装置输入，输出之间的关系与理想比例关系的偏离程度。13灵敏度单位输入变化所引起的输出的变化。14传感器工程测试中通常把直接作用于被测量，并能按一定方式将其转换成同

22、种或别种量值输出的器件。15压电效应某些物质，当受到外力作用是，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，某些表面上出现电荷，形成电场。16中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导线，只要第三种导线的两端温度相同，第三种导线的引入不会影响热电偶的热电动势。17调制指利用某种低频信号来控制或改变一高频振荡信号的某个参数的过程。18解调指从已调制信号中恢复出原低频调制信号的过程。19频率调制指利用调制信号的控制高频载波信号频率变化的过程。 在频率调制中载波幅值保持不变，仅载波的频率随调制信号的幅值成比例变化。20.稳态特性以特定频率的正弦信号为输入，研究其灵敏度。这种特性称为稳态特性21.测量装置的动态特性当被测量即输入量随时间快速变化时，测量输入与响应输出之间动态关系的数学描述。 可以用微分方程的线性变换描述，也可用单位脉冲输入的响应来表示。22.测量装置的静态特性通过某种意义的静态标定过程确定的。